低值稳定的铜纳米合金光催化剂的制备及其催化氢胺化反应的研究
批准号:
51401233
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
郑占丰
依托单位:
学科分类:
金属生物与仿生材料
结题年份:
2017
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
王云伟、黄立志、卫贤贤、张艳桃
中文摘要
氢胺化反应是制备高附加值的含氮的医药化合物的重要方法,需要在催化剂存在下才能进行。现有催化剂主要是过渡金属配合物,需要较高温度活化反应分子,但高温限制了其转化率。此外,配合物还存在着成本昂贵、反应后分离困难等问题。因而开发低值高效、低温下工作的多相催化剂势在必行。本项目提出以廉价的铜合金纳米颗粒为光催化剂,利用其在可见光照射下的局域表面等离子体共振(LSPR)吸收产生高能电子,从而直接进攻并活化吸附在金属表面的反应分子,降低反应的活化能,实现低温下高效催化氢胺化反应。项目将采用铜与具有较小功函数的金属形成合金的方法,使铜活性位注入更多的电子参与反应,通过选择合金元素以及调整合金组分实现双重作用,同时解决铜纳米合金的化学和热稳定性以及金属电子能级与氢胺化反应物的LUMO轨道能级匹配等关键科学问题。本项目的实现对功能金属合金的应用开发以及含C-N键化合物的绿色催化合成都具有重要意义。
英文摘要
Hydroamination reaction is a significant method in the fabrication of valuable N-containing chemicals. The current catalysts are metal coordination complexes, which are expensive and difficult to separate after reaction. It is still a challenge to achieve high conversion using low-value heterogeneous catalyst. Based on our preliminary study, we proposed a novel design to prepare chemical and thermal stable plasmoinc copper alloy nanoparticles, which will be used for photocatalytic hydroamination reaction under visible light illumination at low temperatures. Copper alloy nanoparticles can significantly absorb visible light due to the localized surface plasmon (LSPR) effect and generate high energy electrons. The electrons can activate molecules absorbed on the surface of metals, initiate reaction and reduce the reaction activation energy. In this project, we will prepare copper alloys using metals with smaller work function and adjust the alloy composition and content in order to solve two key scientific problems: obtaining stable Cu alloy and tuning the electron structure to match the LUMO orbital of reactant. We will investigate the influence of catalyst structure and catalytic parameters on the catalytic hydroamination reaction, screen high active structure and reaction condition, and uncover the catalytic mechanism. The project has the scientific significance for the development of functional alloys and for the synthesis of N-containing chemicals in a green manner.
铜基催化剂由于其优良的性能、来源丰富及较低的成本等优势在工业催化中发挥着非常重要的作用。但目前制备的铜纳米颗粒不稳定,容易被氧化,限制了铜纳米颗粒的实际应用。针对上述问题,本项目通过选用不同的载体(碳材料、氧化物、氮化物等),以及合金化等方法系统研究了铜纳米颗粒的稳定性问题,以苯乙炔以及苯胺的氢胺化反应为模型反应,考察了铜及合金纳米颗粒的活性并研究了机理。研究发现,载体对稳定铜起了关键的作用,采用修饰的C3N4以及碳材料可以稳定铜纳米颗粒,而采用氧化物载体则很难实现铜纳米颗粒的稳定。此外,在此基础上,我们对本研究中得到的稳定的铜催化剂、各种载体材料及反应物与光的作用进行了系统研究,将这些光吸收应用于包括氢胺化反应在内的有机合成进行了探索性研究,取得了系列进展:1)在铜基光催化剂方向,发现铜金属催化加氢的性能以及负载CuO催化氢胺化反应的性能;2)利用反应物吸收紫外光达到激发态,发现其可以引发氢胺化反应以及硝基苯与胺的氧化还原反应;3)在所选的载体材料自身光催化研究方面,发现了碳纳米管的光催化性能,也发现表面氮修饰的氧化钛及具有异质结结构的氧化铌用于光催化有机合成的高效性。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
登录
查看更多内容
Probing the mechanism of benzaldehyde reduction to chiral hydrobenzoin on the CNT surface under near-UV light irradiation
近紫外光照射下CNT表面苯甲醛还原成手性氢苯偶姻的机理探讨
DOI:
10.1039/c5gc02168e
发表时间:
2016-01
期刊:
Green Chemistry
影响因子:
9.8
作者:
[Wang Yunwei, Ren Pengju, Gu Xianmo, Wen Xiaodong, Wang Yingyong, Guo Xiangyun, Waclawik Eric R., Zhu Huaiyong, Zheng Zhanfeng]
通讯作者:
Zheng Zhanfeng
Heterojunctions between amorphous and crystalline niobium oxide with enhanced photoactivity for selective aerobic oxidation of benzylamine to imine under visible light
无定形和结晶氧化铌之间的异质结具有增强的光活性,用于可见光下苯甲胺选择性有氧氧化为亚胺
DOI:
10.1039/c5ta03214h
发表时间:
2015-08
期刊:
Journal of Materials Chemistry A
影响因子:
11.9
作者:
[Zhang Yantao, Pei Linjuan, Zheng Zhanfeng, Yuan Yong, Xie Tengfeng, Yang Juan, Chen Shuai, Wang Junwen, Waclawik Eric R., Zhu Huaiyong]
通讯作者:
Zhu Huaiyong
Dual modification of TiNb2O7 with nitrogen dopants and oxygen vacancies for selective aerobic oxidation of benzylamine to imine under green light
氮掺杂和氧空位双重修饰 TiNb2O7 绿光下选择性有氧氧化苄胺生成亚胺
DOI:
10.1039/c6ta11061d
发表时间:
2017-02
期刊:
Journal of Materials Chemistry A
影响因子:
11.9
作者:
[Yu Zhuobin, Waclawik Eric R., Wang Zhijian, Gu Xianmo, Yuan Yong, Zheng Zhanfeng]
通讯作者:
Zheng Zhanfeng
Surface-mediated selective photocatalytic aerobic oxidation reactions on TiO2 nanofibres
TiO2 纳米纤维表面介导的选择性光催化有氧氧化反应
DOI:
10.1039/c5ra07518a
发表时间:
2015-06
期刊:
RSC Advances
影响因子:
3.9
作者:
[Huang Lizhi, Jia Jianfeng, Liu Hongwei, Yuan Yong, Zhao Jian, Chen Shuai, Fan Weibin, Waclawik Eric R., Zhu Huaiyong, Zheng Zhanfeng]
通讯作者:
Zheng Zhanfeng
LDH表面微结构调控Ru单原子光催化剂加氢选择性的研究
-
批准号:22072176
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:63.0万元
-
批准年份:2020
-
负责人:郑占丰
-
依托单位:
活性炭固载Cu(II)可见光催化氢胺化反应研究
-
批准号:21773284
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:65.0万元
-
批准年份:2017
-
负责人:郑占丰
-
依托单位:
国内基金
海外基金